Dynamic Cross-Linking of Polymeric Binders Based on Host–Guest Interactions for Silicon Anodes in Lithium Ion Batteries

材料科学 锂(药物) 寄主(生物学) 化学工程 纳米技术 阳极 离子 电极 化学 有机化学 物理化学 光电子学 内分泌学 工程类 生物 医学 生态学
作者
TaeWoo Kwon,You Kyeong Jeong,Erhan Deniz,Siham Y. Al-Qaradawi,Jang Wook Choi,Ali Coşkun
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:9 (11): 11317-11324 被引量:220
标识
DOI:10.1021/acsnano.5b05030
摘要

We report supramolecular cross-linking of polymer binders via dynamic host-guest interactions between hyperbranched β-cyclodextrin polymer and a dendritic gallic acid cross-linker incorporating six adamantane units for high-capacity silicon anodes. Calorimetric analysis in the solution phase indicates that the given host-guest complexation is a highly spontaneous and enthalpically driven process. These findings are further verified by carrying out gelation experiments in both aqueous and organic media. The dynamic cross-linking process enables intimate silicon-binder interaction, structural stability of electrode film, and controlled electrode-electrolyte interface, yielding enhanced cycling performance. Control experiments using both α, γ-CDp with different cavity sizes and a guest molecule incorporating a single adamantane unit verified that the enhanced cycle life originates from the host-guest interaction between β-cyclodextrin and adamantane. The impact of the dynamic cross-linking is maximized at an optimal stoichiometry between the two components. Importantly, the present investigation proves that the molecular-level tuning of the host-guest interactions can be translated directly to the cycling performance of silicon anodes.
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